CN111379737A - 混流风轮、风机组件、动力系统、风扇 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种混流风轮、风机组件、动力系统和风扇，一种混流风轮包括轮毂以及若干设置在所述轮毂周向上的叶片，所述叶片具有吸力面和压力面，以及进风切角α，α的数值为[25°，40°]；出风切角β，β的数值为[30°，40°]。本发明中的混轮风轮在上述进风切角和出风切角的约束下，气流在混流风轮内的转向角度小，转向角度小可减少转向过程中带来的动能损失，从而保证混流风轮的出风风压和出风量。

Description

混流风轮、风机组件、动力系统、风扇

技术领域

本发明涉及家用电器技术领域，具体涉及一种混流风轮、风机组件、动力系统、风扇。

背景技术

传统无叶扇结构，外界的空气在动力装置的驱动下进入到风道系统中，动力装置上安装有风机，风机上安装有风轮，风轮将外界的气体转变成高速高压在导流风道的导向作用下流入到出流风道中，并从出风间隙中排出。

但是无叶风扇在进口流量固定的情况下，出风口间隙越小(一般为2－5mm)，出风速度越大，射流效果越好，这样可以充分带动周围气体前进，但小的出风间隙会造成无叶风扇出风阻力大，这就需要上述风机提供更高的风压和风量。

发明内容

因此，本发明旨在进一步提高无叶风扇的出风效果，从而提供一种混流风轮、风机组件、动力系统、风扇。

为了解决上述问题，本发明提供了一种混流风轮，包括轮毂以及若干设置在所述轮毂周向上的叶片，所述叶片具有吸力面和压力面，定义所述吸力面和所述压力面中间等距处为中面；以所述轮辊的转轴为中心轴形成的圆柱面M与所述中面相交，定义所述圆柱面与所述中面的叶片前缘的端线N的交点为进风交点A，定义所述圆柱面M与所述中面的叶片后缘的端线P交点为出风交点B，过A、B两点做所述叶片的叶型曲线Q；过点A做所述叶型曲线Q的切线为第一切线，过点A做所述圆柱面M的轴向截圆的切线为第二切线，所述第一切线和所述第二切线间的夹角为进风切角α，α的数值为[25°，40°]；过点B做所述叶型曲线Q的切线为第三切线，过点B做所述圆柱面M的轴向截圆的切线为第四切线，所述第三切线和所述第四切线间的夹角为出风切角β，β的数值为[30°，40°]。

进一步地，所述进风切角α为32°，所述出风切角β为35°。

进一步地，于所述中面上，取其与所述轮辊外表面相交的曲线为下端线，取所述中面远离所述轮毂的最外端曲线为上端线，取所述上端线和所述下端线间的任一曲线为中端线，定义保角变换角度为10°，定义交点在二维投影面上的坐标为X，Y，定义上述坐标值与所述混流风轮的直径的比值分别为x和y，其中，下端线对应的x满足[0.05，0.35]，y满足[0.045，0.30]；中端线对应的x满足[0.01，0.35]，y满足[0.15，0.35]；上端线对应的x满足[0.005，0.30]，y满足[0.24，0.40]。

进一步地，叶片包角σ为[80°，100°]。

进一步地，所述叶片包角σ为90°。

进一步地，所述叶片前缘的端面包括设置在靠近所述轮毂的一侧的平直面，以及顺接在所述平直面上的弧面。

进一步地，所述叶片后缘的端面上设置有若干齿形槽。

进一步地，所述叶片包括主叶片以及夹设在两个所述主叶片间的副叶片，所述副叶片的叶片前缘在所述轮毂的轴向高度上低于所述主叶片的叶片前缘设置。

进一步地，若干所述叶片在所述轮毂的同一高度的周向上等间隔分布。

本发明中还提供了一种风机组件包括上述中任一所述的混流风轮；驱动电机，所述混流风轮设置在所述驱动电机的电机轴上。

进一步地，还包括罩设在所述混流风轮上的壳体，所述壳体的内侧壁与轮毂的外表面间构建成流体通道，叶片容置在所述流体通道内。

进一步地，所述壳体一体成型在所述混轮风轮上。

本发明还提供了一种动力系统包括上述中任一所述的混流风轮；或上述中任一所述的风机组件。

本发明还提供了一种风扇包括上述中所述的动力系统。

进一步地，所述风扇为无叶风扇。

本发明技术方案，具有如下优点：

1.本发明中的混流风轮包括轮毂以及若干设置在所述轮毂周向上的叶片，所述叶片具有吸力面和压力面，定义所述吸力面和所述压力面中间等距处为中面；以所述轮辊的转轴为中心轴形成的圆柱面M与所述中面相交，定义所述圆柱面与所述中面的叶片前缘的端线N的交点为进风交点A，定义所述圆柱面M与所述中面的叶片后缘的端线P交点为出风交点B，过A、B两点做所述叶片的叶型曲线Q；过点A做所述叶型曲线Q的切线为第一切线，过点A做所述圆柱面M的轴向截圆的切线为第二切线，所述第一切线和所述第二切线间的夹角为进风切角α，α的数值为[25°，40°]；过点B做所述叶型曲线Q的切线为第三切线，过点B做所述圆柱面M的轴向截圆的切线为第四切线，所述第三切线和所述第四切线间的夹角为出风切角β，β的数值为[30°，40°]。

本发明中的混轮风轮在上述进风切角和出风切角的约束下，气流在混流风轮内的转向角度小，转向角度小可减少转向过程中带来的动能损失，从而保证混流风轮的出风风压和出风量。

2.本发明中的混流风轮中于所述中面上，取其与所述轮辊外表面相交的曲线为下端线，取所述中面远离所述轮毂的最外端曲线为上端线，取所述上端线和所述下端线间的任一曲线为中端线，定义保角变换角度为10°，定义交点在二维投影面上的坐标为X，Y，定义上述坐标值与所述混流风轮的直径的比值分别为x和y，其中，下端线对应的x满足[0.05，0.35]，y满足[0.045，0.30]；中端线对应的x满足[0.01，0.35]，y满足[0.15，0.35]；上端线对应的x满足[0.005，0.30]，y满足[0.24，0.40]。进一步约束了叶片的叶型，此种类型的叶型的具有更好的导流能力，可减少气流在旋转过程中的沿程动能损失，从而增大最终的出风量。

3.本发明中的混流风轮中叶片包角σ为[80°，100°]。上述角度范围内的叶片的做功能力强，可提高出风风压。

4.本发明中的混流风轮中所述叶片后缘的端面上设置有若干齿形槽。齿形槽之间形成涡流，能有效的减少压力面和吸力面交互的马蹄窝，减少气动涡流噪音。

5.本发明中的混流风轮中若干所述叶片在所述轮毂的同一高度的周向上等间隔分布。等间隔的设置，保证了每个叶片分流的均匀性，分流的均匀性可保证每个叶片受到流体压力的稳定性和一致性，从而有效保证导流片的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的实施例1中的混流风轮中叶片的压力面、吸力面和中面的结构示意图；

图2为本发明提供的实施例1中的混流风轮的结构示意图；

图3为本发明提供的实施例1中的保角变换中分割角的示意图；

图4为本发明提供的实施例1中的混流风轮叶片的成型原理示意图；

图5为本发明提供的实施例1中的叶片包角的示意图；

图6为本发明提供的实施例1中的进风切角和出风切角的示意图；

图7为本发明提供的实施例2中的风机组件的结构示意图；

图8为本发明提供的实施例3中的动力系统的结构示意图；

图9为本发明提供的实施例3中的动力系统的剖视图。

附图标记说明：

1－轮毂；

2－叶片；21－吸力面；22－压力面；23－中面；24－平直面；25－弧面；26－主叶片；27－副叶片；28－齿形槽；

3－驱动电机；

4－壳体；

5－紧锁件；

6－上壳体；

7－电机壳体；

8－扩散器；

9－下壳体。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。

实施例1

如图1到图6所示，为本实施例提供的一种混流风轮，包括轮毂1以及若干设置在轮毂1周向上的叶片2，叶片2具有吸力面21和压力面22，叶片2的压力面22是指叶片施压于流体的叶面，即叶片做功的面，通常为凹面结构。叶片的吸力面21是指流体由于压力减少而冲击的叶片2的叶面，通常为凸面结构。

下面对叶片前缘和叶片后缘进行简单的阐述，叶片前缘即沿气流流动方向，叶片2上开始接触气流的流面，叶片后缘即沿气流流动方向，叶片2的尾端的端面。

为了更准确的反应叶片2的特征，本实施例中定义吸力面21和压力面22中间等距处为中面23，即中面23上的任一点分别到吸力面21和压力面22的距离相等，保证了中面23为沿叶片2的厚度方向的中间曲面，其可以更好的表达出叶片2的流面特征。

中面23与叶片前缘相交产生叶片前缘处的端线N，中面23与叶片后缘相交产生叶片后缘的端线P。

如图6所示，基于上面的阐述，以轮辊1的转轴L1为中心轴形成若干个半径不等的圆柱面M与中面23相交，定义圆柱面M1与中面23的叶片前缘的端线N的交点为进风交点A，定义圆柱面M2与中面23的叶片后缘的端线P交点为出风交点B；过A、B两点做叶片2的叶型曲线Q，这里对叶型曲线Q做出简单说明，首先其是中面23上的一条曲线，且其上的任一点与下文提高的上端线和下端线的距离均相等，其同样是为了尽可能的反应出叶型的特征；过点A做叶型曲线Q的切线为第一切线n，过点A做圆柱面M1的轴向截圆的切线为第二切线m1，第一切线n和第二切线m1间的夹角为进风切角α，α的数值为[25°，40°]；过点B做叶型曲线Q的切线为第三切线p，过点B做圆柱面M2的轴向截圆的切线为第四切线m2，第三切线p和第四切线m2间的夹角为出风切角β，β的数值为[30°，40°]，本实施例中进风切角α为32°，出风切角β为35°。

上述的圆柱面M1和圆柱面M2仅仅代表不同直径的圆柱面M，以作出区分。

本实施例中的混轮风轮在上述进风切角α和出风切角β的约束下，气流在混流风轮内的转向角度小，转向角度小可减少转向过程中带来的动能损失，从而保证混流风轮的出风风压和出风量。

基于此，为了增加对效果的说明，本实施例中对此混流风轮的出风量进行了仿真测试，得到如下的仿真结果，如下述表1：

表1

下述表2补充说明了上述参数的单位：

表2

背压：无叶风扇进口为网孔进风，为了考虑进口段的压力损失，提升了风机的做功能力，考虑设置一个进出口阻力差即背压。

风压：单位体积气体通过风机所获得的有效能量。

输出功率＝(出口总压－进口总压)＊体积流量＝381.7＊158.2/3600＝16.8

输入功率＝(转速＊π＊叶轮扭矩)/30＝5500＊3.14＊0.0405424/30＝23.4

全压效率＝输出功率/输入功率＝71.8％

仿真结论：转速在5500rpm条件下，随着对背压和输入功率的多次测试，发现，本实施例中的风轮效率最高可达到70％，使用上述混流风轮的基座的出风口的风量从170m³/h最高可提升到196m³/h。

下面对混流风轮叶片2的具体成型过程进行阐述，如图3和图4所示，本实施例中的叶片成型采用的是保角变换的方法，如图3中的示出，分割角为10°，于所述中面上，取其与所述轮辊1外表面相交的曲线为下端线b，取所述中面远离所述轮毂1的最外端曲线为上端线a，取所述上端线a和所述下端线b间的任一曲线为中端线c，上述的分割角度线与上端线a、中端线c、下端线b分别产生分割交点，如图4所示，本实施例中仅以下端线b为例，分割交点数为11个，对应为点1’－11’，过中轴线L1做投影面s，投影面s的做法根据为常用的保角变换中的设计规则，此处不作具体阐述，为了后续阐述的清晰性，本实施例中还定义了三维坐标系XYZ，坐标原点为图中的O点，依次将在中面23上选取的上端线a、中端线c、下端线b，依次向投影面s做正向投影，上述分割交点的投影对应为点1”－11”，定义上述分割交点在二维投影面上的坐标为X，Y，在本实施例中的坐标X即对应XYZ坐标系中的OZ轴上的数值，坐标Y即对应XYZ坐标系中的OY轴上的数值，定义上述坐标值与所述混流风轮的直径R的比值分别为x和y，得到表3中的参数：

表3

采用上述中的叶片2的叶型具有更好的导流能力，可减少气流在旋转过程中的沿程动能损失，从而增大最终的出风量。

其中，下端线对应的x满足[0.05，0.35]，y满足[0.045，0.30]；中端线对应的x满足[0.01，0.35]，y满足[0.15，0.35]；上端线对应的x满足[0.005，0.30]，y满足[0.24，0.40]，上述的关系决定了叶片2的基本叶型，当混轮风轮的直径大小发生变化时，对应的叶片2的形状可进行等比例的放大或者缩小。

如图5中所示，叶片包角σ为[80°，100°]，本实施例中的所述叶片包角σ为90°，上述包角下的叶片2的做功能力强，可提高出风风压。

如图2所示，所述叶片前缘的端面包括设置在靠近所述轮毂1的一侧的平直面24，以及顺接在所述平直面24上的弧面25，此种结构设计有利用减少叶片前缘气流边界层的分离，减少涡旋，降低噪音。

进一步地，所述叶片后缘的端面上设置有若干齿形槽28。齿形槽28之间形成涡流，能有效的减少压力面和吸力面交互的马蹄窝，减少气动涡流噪音。

本实施例中的所述叶片2包括主叶片26以及夹设在两个所述主叶片26间的副叶片27，所述副叶片27的叶片前缘在所述轮毂1的轴向高度上低于所述主叶片26的叶片前缘设置，主叶片26和副叶片27的叶片形状相同，仅在叶片前缘的位置上存在上述的区别。还需要说明的是，本实施例中上述的研究对象均为主叶片26。当然以副叶片27为研究对象可得到相同的结论。

当然，本实施例中的若干所述叶片2在所述轮毂1的同一高度的周向上等间隔分布。等间隔的设置，保证了每个叶片分流的均匀性，分流的均匀性可保证每个叶片受到流体压力的稳定性和一致性，从而有效保证导流片的使用寿命。

实施例2

如图7所示，为本实施例提供的一种风机组件包括：上述实施例1中所述的混流风轮，以及驱动电机3，所述混流风轮安装在所述驱动电机3的电机轴上。

本实施例还包括罩设在所述混流风轮上的壳体4，所述壳体4的内侧壁与轮毂1的外表面间构建成流体通道，叶片2容置在所述流体通道内，在本实施例中所述壳体4直接一体成型在所述混轮风轮上。

实施例3

如图8到图9所示，为本实施例提供的一种动力系统，包括：上述实施例2中所述的风机组件。

如图8中的结构爆炸图，示出了动力系统的基本组成，图中的H表示混流风轮，其安装在驱动电机3的电机轴上。驱动电机3的外面罩设有电机壳体7，电机壳体7一方面起到支撑电机安装的作用，一方面可降低驱动电机的振动带来的噪音问题。

本实施例中还包括扩散器8，设置在混流风轮H的上方，混流风轮H中出来的高速旋转气流，进入到扩散器8中变成沿轴向流动的气流，扩散器8为中空的壳体结构，上述中电机壳体7深入安装到扩散器8的内部，以实现结构的紧凑设计。

本实施例中还包括上壳体6和下壳体9，两者间通过紧锁件5呈上下设置锁付于一体，其中上壳体7的内侧壁与扩散器8的外侧面间可形成导流风道。

实施例4

本实施例提供了一种风扇，具体为一种无叶风扇，包括上述实施例3中所述的动力系统，且具有其全部的技术优点，在此不再一一赘述。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (15)

1.一种混流风轮，包括轮毂(1)以及若干设置在所述轮毂(1)周向上的叶片(2)，所述叶片(2)具有吸力面(21)和压力面(22)，其特征在于，

定义所述吸力面(21)和所述压力面(22)中间等距处为中面(23)；

以所述轮辊(1)的转轴为中心轴形成的圆柱面M与所述中面(23)相交，定义所述圆柱面M与所述中面(23)的叶片前缘的端线N的交点为进风交点A，定义所述圆柱面M与所述中面(23)的叶片后缘的端线P的交点为出风交点B，过A、B两点做所述叶片(2)的叶型曲线Q；

过点A做所述叶型曲线Q的切线为第一切线，过点A做所述圆柱面M的轴向截圆的切线为第二切线，所述第一切线和所述第二切线间的夹角为进风切角α，α的数值为[25°，40°]；

过点B做所述叶型曲线Q的切线为第三切线，过点B做所述圆柱面M的轴向截圆的切线为第四切线，所述第三切线和所述第四切线间的夹角为出风切角β，β的数值为[30°，40°]。

2.根据权利要求1所述的混流风轮，其特征在于，所述进风切角α为32°，所述出风切角β为35°。

3.根据权利要求1所述的混流风轮，其特征在于，于所述中面(23)上，取其与所述轮辊(1)外表面相交的曲线为下端线，取所述中面(23)远离所述轮毂(1)的最外端曲线为上端线，取所述上端线和所述下端线间的任一曲线为中端线，定义保角变换角度为10°，定义交点在二维投影面上的坐标为(X，Y)，定义坐标值与所述混流风轮的直径的比值分别为x和y，其中，

下端线对应的x满足[0.05，0.35]，y满足[0.045，0.30]；

中端线对应的x满足[0.01，0.35]，y满足[0.15，0.35]；

上端线对应的x满足[0.005，0.30]，y满足[0.24，0.40]。

4.根据权利要求1－3任一所述的混流风轮，其特征在于，叶片包角σ为[80°，100°]。

5.根据权利要求4所述的混流风轮，其特征在于，所述叶片包角σ为90°。

6.根据权利要求4所述的混流风轮，其特征在于，所述叶片前缘的端面包括设置在靠近所述轮毂(1)的一侧的平直面(24)，以及顺接在所述平直面(24)上的弧面(25)。

7.根据权利要求4或5所述的混流风轮，其特征在于，所述叶片后缘的端面上设置有若干齿形槽(28)。

8.根据权利要求1所述的混流风轮，其特征在于，所述叶片(2)包括主叶片(26)以及夹设在两个所述主叶片(26)间的副叶片(27)，所述副叶片(27)的叶片前缘在所述轮毂(1)的轴向高度上低于所述主叶片(26)的叶片前缘设置。

9.根据权利要求8所述的混流风轮，其特征在于，若干所述叶片(2)在所述轮毂(1)的同一高度的周向上等间隔分布。

10.一种风机组件，其特征在于，包括：

权利要求1－9中任一所述的混流风轮；

驱动电机(3)，所述混流风轮设置在所述驱动电机(3)的电机轴上。

11.根据权利要求10所述的风机组件，其特征在于，还包括罩设在所述混流风轮上的壳体(4)，所述壳体(4)的内侧壁与所述轮毂(1)的外表面间构建成流体通道，所述叶片(2)容置在所述流体通道内。

12.根据权利要求11所述的风机组件，其特征在于，所述壳体(4)一体成型在所述混轮风轮上。

13.一种动力系统，其特征在于，包括：

权利要求1－9中任一所述的混流风轮；

或权利要求10－12中任一所述的风机组件。

14.一种风扇，其特征在于，包括：

权利要求13中所述的动力系统。

15.根据权利要求14所述的风扇，其特征在于，所述风扇为无叶风扇。

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